摘要:框架結構在當前及今後很長的一段時間內仍將是一種應用量大面廣的結構形式,而調查發現,框架結構梁柱接頭的施工質量令人擔憂,它們或者是有蜂窩、麻麵、露筋等外觀缺陷,或者是存在混凝土強度等級不准、鋼筋保護層厚度不足等內部質量問題,並分析了其產生原因,最後重點**了框架結構施工中梁柱節點的質量控制。
關鍵詞:框架結構梁柱節點質量控制
連線節點在多、高層框架結構建築設計中占有非常重要的地位,是保證框架結構建築整體受力效能的重要部位,對結構受力有著重要影響。根據世界**實錄分析表明,許多框架結構建築都是由於節點首先破壞而導致建築物整體破壞的,因此節點設計是整個設計工作的重要環節。建築結構形式趨於複雜,造型富於變化,梁柱形式及接頭方式多元化發展,梁柱節點,也稱梁柱接頭或框架節點。
由此而來的梁柱節點質量問題日益突出。尤其是框架結構,這是一種應用量大面廣的結構形式,它的梁柱節點質量對整個結構體系的承載能力、變形適應能力起著舉足輕重的作用。
1 框架結構施工中梁柱節點型別
節點是框架結構的乙個非常重要部位,根據節點所處的位置不同可將節點分為以下幾種:頂層邊柱節點;頂層中柱節點;頂層角柱節點;中層邊柱節點;中層中柱節點;中層角柱節點。由於各類節點所處位置不同梁柱相交方式也不相同,因而節點的受力狀況也不盡相同。
其中角柱節點的受力是最為不利的,中柱節點由於受四周有樑的約束,所以比較有利,但在**作用下,核心區也比較容易剪下破壞。而對於邊柱節點,柱的抗彎能力比較大,強柱弱梁的目標,比較容易滿足,但很容易發生梁筋和柱筋的粘結滑移情況。相比之下頂層邊柱節點受力比較複雜,節點核心區容易發生破壞。
由於梁筋可以直通錨固,所以頂層中柱節點,在水平荷載下,柱的抗彎能力與梁相比較弱,塑性鉸經常出現在柱端。本文主要研究中層邊節點碳纖維加固後的抗震效能。
2 節點破壞形式及節點破壞的主要原因
樑端受彎破壞,在受拉鋼筋屈服的同時,受壓區混凝土被壓碎。混凝土保護層剝落,樑端形成塑性鉸。核心區剪下破壞,在水平力作用下,抗剪強度不足的核心區,逐漸產生斜向交叉裂縫。
嚴重情況時混凝土成塊剝落,箍筋外鼓甚至可能崩斷。柱端壓彎破壞,在軸力和彎矩的共同作用下,柱端混凝土受壓發生破壞,柱筋壓曲,最後塑性鉸在柱端形成。錨固破壞,梁受力鋼筋錨固長度不足導致破壞。
節點破壞的主要原因有以下幾點:節點核心區箍筋配置不足、梁筋錨固長度不足、混凝土缺少足夠的約束、施工質量不良等。這些原因導致節點核心區強度與延性不能滿足抗震要求。
我國對於框架節點的抗震研究是在唐山大**以後才開始的,正是由於那次**的影響,我們才了解到抗震設計的重要性,並隨後大量開展抗震設計研究。從施工現場實際情況看,框架結構梁柱節點部位都不同程度的存在上表所列外觀質量缺陷。
3.1 材料的控制
(1)水泥。水泥呈粉末狀,與水混合後,經過物理化學反應過程能由可塑性漿體變成堅硬的石狀體,並能將沙、石等散粒狀材料膠結成為整體,所以它是最重要的建築材料之一,也是梁柱節點系統中最重要的要素之一。水泥強度等級的選擇應與混凝土的設計強度等級相適應。
原則上是配製高強度等級的混凝土,選用高強度等級的水泥;配製低強度等級的混凝土選用低強度等級的水泥。如果強度允許,可採用摻加粉煤灰來調整。(2)鋼筋。
進場時應按爐罐(批)號及直徑分批檢驗,檢驗內容包括查對標誌、外觀檢查,並抽取試樣作化學效能試驗,合格後方可使用。鋼筋堆放和加工場地應排水通暢。鋼筋不得在地上直接堆放,而應用木方墊起,以防受水受潮鏽蝕變質。
保證梁柱節點鋼筋的數量、間距和錨固最有效的方法是在鋼筋綁紮前合理確定各個方向、各種鋼筋的穿插、擺放順序和綁紮順序,要明確哪根鋼筋先放、哪根鋼筋後放以及何時綁紮哪根鋼筋。(3)細骨料。預應力混凝土不宜用海砂。
若必須使用海砂時,則應經淡水沖洗,在可能的情況下,梁柱節點施工中盡量選用山砂。顆粒級配合理、粗細程度適宜並通過試驗確定。(4)拌合用水。
混凝土拌和用水按水源可分為飲用水、地表水、地下水、海水以及經適當處理或處置後的工業廢水。(5)外加劑。控制混凝土自縮,合理選用外加劑,摻加減水劑、幫浦送劑,特別是同時摻加粉煤灰的雙摻技術不會增大乾燥收縮,但是對於某些減水劑、幫浦送劑,尤其是具有引氣作用時,有增大混凝土乾燥收縮的趨勢。
3.2 優化系統的結構
(1)調整水灰比。水灰比對自縮值的影響比較大,隨水灰比減小,混凝土的自縮值和自縮速度增大。調整水灰比以減少沉陷(塑性)收縮裂縫:
要嚴格控制混凝土單位用水量在170kg/m3以下,水灰比在0.6以下,在滿足幫浦送和澆築要求時,宜盡可能減少坍落度。(2)確定水泥漿的用量。
水泥漿過少,致使其不能填滿骨料空隙或不能很好包裹骨料表面時,就會產生崩塌現象,粘聚性變差。因此,混凝土拌和物中水泥漿的含量應以滿足流動性要求為度,不宜過量。(3)控制好砂率。
採用合理砂率時,能使混凝土拌合物獲得所要求的流動性及良好的粘聚性與保水性,而水泥用量為最少。(4)混凝土養護主要是保持適當的溫度和濕度條件。保溫能減少混凝土表面的熱擴散,降低混凝土表層的溫差,防止表面裂縫。
由於散熱時間延長,混凝土強度和鬆弛作用得到充分發揮,使混凝土總溫差產生的拉應力小於混凝土的抗拉強度,防止了貫穿裂縫的產生。(5)模板和架體支撐。模板及其支架在安裝過程中,必須設定防傾覆的臨時固定措施。
模板拆除時應能保證混凝土表面及稜角不因拆除模板而破壞。
3.3 框架梁-柱剛性節點設計改進
(1)將塑性鉸的位置外移。將梁柱連線在構造上使塑性鉸外移。將塑性位置從柱面外移有兩種方法:
一種是將節點部位區域性加強,一種是在離開柱面一定距離處將梁截面區域性削弱。鋼梁中的塑性鉸典型長度約為樑高的一半,當對節點區域性加強時,可取塑性鉸位置為距加強部分的邊緣處梁高的1/3。節點區域性加強固然也可使塑性鉸外移,但應十分注意不要因此出現弱柱,有背強柱弱梁的原則。
(2)梁翼緣焊縫襯板缺口效應的處理。在下翼緣的焊縫中部由於焊條通過切角困難,焊接和探傷操作都要被迫中斷,通常存在缺陷,割除襯板後可以目視觀察,從而減少在此部位不易檢視到的裂紋。(3)扇形切角構造的改進。
對扇形切角的設定也提出一系列規定,包括不開扇形切角和開扇形切角兩大類,並規定扇形切角可採用不同形狀;對於柱貫通形和梁貫通形節點分別規定了不同的構造形式。柱貫通型節點的扇形切角形式有兩種,其特點是將扇形切角端部與梁翼緣連線處圓弧半徑減小,以便減少應力集中。(4)將梁腹板與柱焊接。
美國sac在採用狗骨式連線時建議:將以往的腹板栓接改為焊接,用全熔透坡口焊縫將梁腹板直接焊在柱上或通過較厚連線板焊接。
參考文獻
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混凝土框架結構施工中梁柱節點質量控制
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